2.3.3 Изотопы, изобары, изотоны

Разновидность атомов, ядра которых имеют определенное число нуклонов (протонов и нейтронов), называется нуклидом.

Символическая запись нуклидов включает химический символ ядра Х и индексы слева внизу “Z” ( число протонов в ядре) и “А” слева вверху- полное число нуклонов. Например,

Х,H,Ba,U,Na

В зависимости от содержания нуклонов нуклиды могут быть объединены в различные группы: изотопы, изобары, изотоны.

Изотопными нуклидами (изотопами) называются нуклиды, имеющие одинаковое число протонов. Они различаются только числом нейтронов. Поэтому все изотопы принадлежат одному и тому же химическому элементу. Так, например, изотопы

U ,U,U,U,U

являются изотопами одного и того же элемента урана (Z= const).

Поскольку изотопы имеют одинаковое число протонов и одинаковое строение электронных оболочек, то они являются атомами близнецами- их химические свойства практически совпадают. Исключение составляют изотопы водорода - протий Н, дейтерийD, тритийТ, которые из-за слишком большого относительного различия атомных масс существенно отличаются по физико-химическим свойствам (таблица 2.1 ).

Таблица 2.1 Сравнение свойств обычной и тяжелой воды

№ п.п.	Свойства	Н2О	D2O
1	Температура кипения, 0С	100	101,4
2	Критическая температура, 0С	374,2	371,5
3	Плотность жидкости при 298,15 К, кг/ дм3	997	1105
4	Диэлектрическая проницаемость при 298,15 К	78,5	78,3
5	Температура максимальной плотности, 0С	3,96	11,6
6	Температура плавления, 0С	0	3,82
7	Плотность льда в точке плавления, кг/ дм3	918	1015

Химические превращения с тяжелым водородом происходят медленнее, чем с его легким изотопом.

Изотонными нуклидами (изотонами) называют нуклиды с одинаковым числом нейтронов и разным числом протонов. Примеры изотонов: Са иТi, которые относятся к разным нуклидам. Термин этот употребляется крайне редко.

Изобарами называют разновидность нуклидов, ядра которых имеют разное число и протонов и нейтронов, но имеют одинаковое число нуклонов. Пример изобаров: Тi иСа.

Поэтому можно сказать, что нуклиды с одинаковым числом протонов– это разные изотопы одного элемента; нуклиды с одинаковым числом нуклонов– это изобары; нуклиды с одинаковым числом нейтронов – изотоны.

2.4 Энергия ядра

Энергия является одной из важнейших характеристик протекания любых физических процессов. В ядерной физике ее роль особенно велика, поскольку незыблемость закона сохране6ния энергии позволяет делать точные расчеты даже в тех случаях, когда многие детали явлений остаются неизвестными. Применительно к ядру рассмотрим несколько различных форм энергии.

2.4.1 Энергия покоя

В соответствии с теорией относительности массе атома m можно сопоставить полную энергию покоя

Е₀=mc²

Если в этой формуле с выражать в метрах на секунду, а m  в килограммах, то Е₀ получится в джоулях. Обозначим через m₀ единицу атомной массы, выраженную в килограммах: m₀= 1,66∙10^-27 кг. Тогда m= m₀А_r и Е₀= А_{r ·}m₀ c² . Величину m₀ c² легко вычислить в джоулях, а затем в электрон-вольтах: m₀ c²= 931,5 Мэв. Отсюда

Е₀= 931,5А_r. (2.6)

Здесь А_rотносительная атомная масса, Е_0полная энергия покоя атома, МэВ.